U N I V E R S I D A D D E P I U R A

FACULTAD DE INGENIERÍA

Programa Académico de Ingeniería Mecánico Eléctrica

Electrónica General

Profesor: Dr. Ing. César Chinguel Arrese

Alumnos:

Castillo Ruiz, Irvin Anderson

Flores Guerrero, Rolando

Morales Seminario, Jorge Diego

Ramírez Miñan, Cristian Alberto

Tasson Rodríguez, Enrique Alonso

Piura, Noviembre del 2014

TRANSMISOR [4-20]mA ANALÓGICO

En el presente trabajo se pretende “simular” un transmisor [4 – 20] mA analógico. El transmisor de este tipo tiene diversas aplicaciones, entre la más conocida y mejor trabajada se encuentra el monitoreo de temperatura, como la que hemos simulado. Se ha utilizado el programa ISIS Proteus, programa en el cual se ha hecho la simulación para luego poder hacer uso del programa ARES el cual es la herramienta de enrutado, ubicación y edición de componentes. Se utilizó para la fabricación de placas de circuito impreso, permitiendo editar la capa superficial y de soldadura.

Marco Teórico

Instrumentación industrial

Variables de instrumentación

Sensor Sensor analógico

Transmisor

CARACTERÍSTICAS DE LOS SENSORES

• Características estáticas: Características dinámicas:

Sensibilidad Velocidad de respuesta

Linealidad Respuesta de frecuencia

Rango de medida Estabilidad

Exactitud

Resolución

Repetitividad

Ruido

EL TRANSMISOR ANALÓGICO 4 - 20 mA

• Es un tipo de transmisor electrónico de alta precisión, que procesa y transforma una señal generada por una o varias celdas de carga a un formato estándar de corriente que varía de 0/4 a 20 mA D.C.

• Funciones:

TIENE 4 COMPONENTES FUNDAMENTALES:

• Los sensores y transductores, los cuales proveen un voltaje de salida, valor que representa la magnitud física que está siendo medida.

• El transmisor, encargado de amplificar y acondicionar la salida del sensor y convertir dicho voltaje en una salida proporcional de corriente continua de 4-20 mA que circula dentro de un lazo en serie cerrado.

• Un suministro de potencia para el lazo de corriente.

• El receptor/monitor es normalmente una sección secundaria de un panel de medición o de un sistema de adquisición de datos, que transforma la corriente de 4-20 mA en una señal de voltaje que puede ser procesado y desplegado.

• Transmisor analógico 4-20mA

Ventajas Desventajas

• Trabajan en tiempo real• Útil para enviar información a grandes

distancias• Las “pérdidas de lazo” no afectan al

valor de la corriente 4-20mA• Las señales de corriente son menos

susceptibles a sufrir errores causados por ruidos o las caídas de voltaje en los cables largos.

• Los acondicionadores de señal transforman las señales de corriente a voltaje por medio de una resistencia de precisión.Ésta puede ser digitalizada posteriormente.

Necesita re calibración en caso se desee cambiar el rango de medición.Es necesario retirar el instrumento de la línea para la calibración.Los componentes, como los potenciómetros, experimentan "drift" (variación de su curva de transferencia - salida en función de la entrada - a lo largo del tiempo).

VÁLVULA DE APERTURA DE FLUJO DE REFRIGERANTE

ENCENDIDO DE UN VENTILADOR

PARA ENFRIAMIENTO

ACTIVACIÓN DE UNA ALARMA

FRENTE A ELEVADAS

TEMPERATURAS

ENCENDIDO DE UN FOCO LED

COMO SEÑAL DE ALERTA

APLICACIÓN DE CONTROL DE PROCESO

INDUSTRIAL

ELECCIÓN DE

APLICACIÓN

Materiales

• Laptops • ISIS Proteus• 2 protoboard• Potenciómetros• OPAMP LM358N• Transistores TIP122• 24 resistencias• Cables• Optoacoplador MOC 3021• Triac BTA 12 600 B• 1 multitester• Borneras• Fuente de voltaje• Placas de fibra de vidrio• Papel fotográfico• Ácido férrico• Soldadura• Taladro• Broca de 1/32

Protoboard

Placa de fibra de vidrio

Potenciómetro

Optoacoplador MOC3021 Transistor NPN TIP122

OPAMP LM358N

Triac BTA 12 600B

Borneras

Resistencias

Multitester

Protoboard

Etapas

SensorHemos reemplazado el sensor PT100 por un potenciómetro y una fuente de Vdc de 12 V. Al regular el potenciómetro se obtiene un voltaje que alimentará al acondicionador de señal para poder seguir con el proceso. El potenciómetro usado es de 1kΩ.

Corrección del voltaje En esta etapa usamos un juego de opamp de tal forma que se reduzca el rango del voltaje de (0-12) V a (0-5) V, usamos un amplificador inversor con razón de cambio de 5/12 y luego un inversor.

Acondicionador de SeñalEn esta etapa se busca generar un rango de corriente entre 4ma y 20mA a partir de los 0V y 5V, respectivamente, generados en la etapa previa. Esto con el fin de poder realizar una transmisión de la señal a través de un cable conductor, de tal modo que sea independiente de la resistividad del cable y de las impedancias adicionales que en él puedan aparecer. Voltaje en el rango [0V – 5V], Corriente en el rango [4mA – 20mA]. Esta etapa debe ser resuelta de atrás hacia adelante. Primero, dado que conocemos la salida de corriente que deseamos, podríamos emplear un emisor de corriente de tipo transistor con polarización de emisor. Para esto, revisando la fórmula que rige la corriente de este circuito, vemos que es independiente de la resistencia del colector [revisar bien las condiciones de funcionamiento de este circuito], y depende del voltaje de base si fijamos la resistencia del emisor. Una vez hallados los voltajes de bases que producen las corrientes deseadas se debe llevar el voltaje de entrada a estos valores deseados a través de circuitos multiplicadores con OPAMPs

Receptor El receptor recibe la señal de corriente en el rango de 4 a 20 mA y lo hace circular por una resistencia que para este caso si queremos hacer que aparezca un voltaje que necesitamos se ha escogido tener de 250Ω.

Comparador El comparador lo colocamos para controlar el voltaje de entrada para nuestra aplicación, la cual se explicará más adelante. Usamos un voltaje de referencia para poder hacer uso de este juego de opamps, nuestra referencia se puede varias ya que está hecho con potenciómetro y una fuente de voltaje, y se puede regular según lo necesitamos. Estableciendo la diferencia de voltajes se genera una onda de pulso cuadrático que se simplifica en una señal de On y Off para el circuito. Cuando el voltaje obtenido del circuito es mayor que el voltaje del comparador se activará la aplicación, cuando no sucede esto el circuito de la aplicación queda inactivo.

Circuito de entrada al transmisor

Circuito del Comparador y Aplicación